Développement d’un solveur rapide et fiable basé sur des formules simplifiées pour l’étude de l’échouement de navire

Development of a fast and reliable solver based on simplified formulae for ship grounding analyses

• Auteur / Autrice : Jean-Philippe Pineau
• Direction : Hervé Le Sourne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Cartraud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Le Sourne, Patrice Cartraud, Jean-Baptiste Casimir, Jorgen Amdahl, Spyros Hirdaris, Philippe Rigo, Sara Echeverry Jamillo, Fabien Conti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Baptiste Casimir, Jorgen Amdahl

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navigation -- Accidents

Solveurs (logiciels)

Mots clés libres

Echouement de navire

NLFEA

Analyse limite plastique

Méthodes simplifiées

Ship grounding

NLFEA

Plastic analysis

Simplified methods

Résumé

Le calcul non-linéaire par éléments finis est aujourd’hui l’approche la plus précise pour l’étude des échouements de navires. Néanmoins, les temps de calculs importants rendent cette méthode inadaptée lorsque de nombreux scenarios doivent être étudies. Dans le cadre du projet de recherche Européen FLARE (FLooding Accident REsponse), ces travaux de thèse visent à développer un solveur basé sur des formulations simplifiées permettant d’estimer rapidement l’endommagement subi par un navire à passagers lors d’un échouement. Le fond marin est représenté par un paraboloïde elliptique, permettant de générer des rochers à la fois tranchants ou larges, en faisant varier deux coefficients. Le navire quant à lui est divise en macro-éléments appelés Super-Eléments (S.E), qui représentent les principaux composants d’un fond de navire. Pour chaque S.E, des simulations par E.F. sont réalisées avec le code Ls-Dyna. A l’issue de ces simulations, des expressions analytiques de la force résistante sont construites, puis validées individuellement par comparaison aux résultats numériques. Dans la seconde partie de la thèse, les expressions simplifiées sont implémentées dans un solveur nomme FLAGS qui est couple au solveur existant « fluide » MCOL afin de prendre en compte les effets hydrodynamiques. L’outil FLAGS/MCOL est confronté avec succès aux calculs par éléments finis Ls-Dyna/MCOL pour différents échouements de navire a échelle 1. Pour finir, l’outil est utilisé pour simuler des milliers de scenarios dans le but de quantifier l’influence de divers renforcements structurels sur la taille de brèche.

Although non-linear finite element method is the most accurate approach for ship grounding damage analyses, its high computing cost makes it unsuitable when numerous scenarios have to be simulated. As part of the European research project FLARE (Flooding Accident REsponse), this PhD thesis aims to develop a solver based on simplified formulae to rapidly assess cruise ship grounding damage. The seabed is represented by an elliptic paraboloid allowing to generate both sharp and shallow rocks varying two parameters. The ship is divided into large elements, called Super- Elements (S.E), representing the main bottom components. For each S.E, Ls-Dyna simulations are carried out. Based on these simulations, closed-form expressions are derived for the resistant force according to the Upper-Bound theorem of plasticity. Finally, the analytical expressions are validated by comparison with numerical results. In the second part of the thesis, the developments are implemented in a structural solver named FLAGS, which is coupled with the external dynamics solver MCOL to account for the action of the surrounding water. FLAGS/MCOL solver is validated by confrontation to Ls-Dyna/MCOL F.E. solutions for various full scale grounding accidents. Finally, the simplified tool is used to simulate thousands of grounding events with the aim of quantifying the influence of different reinforcements on the ship damage extent.